交联剂长度对阴离子交换膜燃料电池性能的影响

来源：仁川国立大学（INU）

科学家揭示了交联剂长度对阴离子交换膜碱性燃料电池聚合物电解质膜性能的影响

全世界都在努力用更环保的替代品取代化石燃料。氢（H2）是目前备受关注的一个很有前途的选择；它可以用来在燃料电池中发电，水是其产生的副产品。然而，该技术还没有为商业化做好准备，因为被广泛研究的质子交换膜燃料电池存在高成本和稳定性问题。

相比之下，阴离子交换膜（AEM）燃料电池使用更便宜的催化剂，并且可以提供更好的性能。在这些电池中，氢氧化离子（OH-）通过使用由聚合物主链和离子导电基团组成的聚合物电解质循环，而不是质子。改善此类电解质性能的一种方法是交联-通过分子侧链将聚合物单元彼此物理或化学连接起来。

尽管含氧交联剂凭借其亲水性或对水的亲和力改善了AEMs的稳定性和离子导电性，但定义氧原子数的交联剂长度的影响尚未得到详细了解。

为了深入了解这个问题，仁川国立大学的科学家们近期进行了一项研究，他们用铵离子导电基团制备了长AEM聚合物，并使用不同长度的环氧乙烷（EO）交联剂将这些分子结合在一起。通过大量的实验，他们比较了不同交联剂长度的AEMs的机械和热性能、保水能力、OH-离子导电性、形态和稳定性。他们的发现发表在高分子科学期刊《膜科学杂志》上。

实验帮助科学家阐明了过长的交联剂长度会降低AEM性能的机制。主持这项研究的Tae-Hyun Kim教授解释说：“尽管很容易预测含氧的交联剂会增加亲水性并可能导致更好的离子传导性，但我们的结果表明，过多的重复氧单元会增加所得材料的结晶度或有序度。反过来，这实际上降低了亲水性，并损害了AEM的许多理化特性。”

在确定了交联剂的长度后，研究人员制备了AEM燃料电池，发现其性能明显优于不含氧交联剂的AEM燃料电池。金教授对这一结果感到兴奋，他评论说：“我们研究的主要收获是，在更佳长度的交联剂中添加具有高亲水性的分子，如环氧乙烷，是改善AEMs基本性能及其在实际燃料电池中性能的有效策略。”

虽然AEM燃料电池在实际应用和商业化方面仍有改进的余地，但这项研究使我们的社会朝着下一代环保能源的普及又迈进了一步。

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